Foto: NASA-JPL/Caltech

"Zombiewelten! Planeten gefangen im fürchterlichen Griff eines untoten Sterns" prangt auf einem Plakat, "Galaktischer Friedhof: Nimm dich in Acht, es ist alt, rot und tot!" auf einem anderen. Vor einigen Jahren hat sich die Nasa wieder einmal etwas Neues einfallen lassen, um astronomische Entdeckungen publikumswirksam aufzubereiten. Auf der Website "Galaxy of Horrors" werden seitdem Exoplaneten, Sterne und andere Objekte im Stil reißerischer Science-Fiction-Filmplakate aus den 1950er-Jahren vorgestellt. (Per Link geht es dann von den Postern auch zu nüchterneren Informationen über die jeweiligen "Stars" weiter.)

Im Prinzip erdähnlich, aber ...

Gute Chancen, einmal in diesen Kanon aufgenommen zu werden, hätte auch der 200 Lichtjahre von uns entfernte, im Sternbild des Wassermanns gelegene Planet K2-141b. Es handelt sich um einen Gesteinsplaneten mit einem Radius, der nur eineinhalbmal so groß wie der der Erde ist, der aufgrund seiner hohen Dichte allerdings über fünfmal mehr Masse verfügt. Entdeckt wurde der Planet bereits 2018 mit der Transit-Methode. Doch erst Berechnungen, die kanadische Forscher vor kurzem anstellten, führen einem vor Augen, was für eine Höllenwelt dieser im Prinzip erdähnliche Planet sein muss.

K2-141b kreist um einen vergleichsweise kühlen Zwergstern, allerdings auf einer der engsten Bahnen, die man jemals bei einem Exoplaneten festgestellt hat: Ein "Jahr" dauert auf dieser Welt weniger als sieben Stunden. Durch seine extreme Nähe zum Stern befindet sich der Planet in gebundener Rotation, kehrt dem Stern also stets dieselbe Seite zu, die damit auch entsprechend aufgeheizt wird.

Ein Lavameer, über dem eine Atmosphäre aus verdampftem Gestein brodelt: So sieht die Tagseite von K2-141b aus.
Illustration: Julie Roussy, McGill Graphic Design und Getty Images

Laut dem Team um Giang Nguyen von der York University stehen zwei Drittel der planetaren Oberfläche so stark unter dem Einfluss des Sterns, dass die Kruste aufschmilzt und die Tagseite von einem bis zu 100 Kilometer tiefen Lavaozean bedeckt sein dürfte. Wer sich an die glosende Lavawelt Mustafar aus den "Star Wars"-Prequels erinnert, bekommt vielleicht eine vage Ahnung von den Verhältnissen auf K2-141b, doch ist hier alles noch um einiges extremer.

In ihrer heißesten Zone erreicht die Tagseite von K2-141b laut den Berechnungen der Forscher um die 3.000 Grad Celsius. Auf der gegenüberliegenden Hemisphäre sinken die Temperaturen dann rapide ab. Am ewig im Schatten liegenden Kältepol ist die Oberfläche bei unter minus 200 Grad Celsius erstarrt. Dieses Temperaturgefälle trägt seinen Teil dazu bei, dass Stürme um den Planeten fegen, die mit über 5.000 km/h mehrfache Überschallgeschwindigkeit erreichen.

Eine Atmosphäre aus verdampftem Gestein

Stürme setzen das Vorhandensein einer Atmosphäre voraus, was im ersten Moment stutzig macht: Wie soll ein Planet, der derart eng um einen Stern kreist, eine Atmosphäre halten können? Er kann es, weil sie vollkommen anders geartet ist als das, was wir uns normalerweise unter eine Gashülle vorstellen. Denn laut Nguyen ist es am Hitzepol des Planeten heiß genug, dass Gestein nicht einfach nur schmilzt, sondern verdampft. Natrium, Siliziummonoxid und Siliziumdioxid steigen auf, kondensieren in den oberen Schichten dieses mineralischen Dunstes, werden zu den Randbereichen des Lavaozeans verblasen und gehen als Regen oder Schnee nieder.

Dem Modell zufolge, das die Forscher in der Fachzeitschrift "Monthly Notices of the Royal Astronomical Society" vorgestellt haben, würde K2-141b also über ein bizarres Pendant der Flüssigkeitskreisläufe verfügen, wie wir sie aus unserem eigenen Sonnensystem kennen: dem des Wassers auf der Erde und dem auf Kohlenwasserstoffen basierenden Kreislauf auf dem Saturnmond Titan.

Foto: NASA-JPL/Caltech

Der entscheidende Unterschied – abgesehen von den jenseitigen Temperaturen – ist der Umstand, dass die Recyclingquote von K2-141b wesentlich schlechter ist als die von Erde oder Titan. Durch die Trägheit der Lavaströmungen fließen die abgeregneten Elemente und Verbindungen nur sehr langsam wieder in den Ozean und bis zu ihrem Ausgangspunkt zurück. Sie kehren nicht so schnell zurück, wie sie durch Verdampfung abtransportiert werden – das wird laut Nguyen langfristig dazu führen, dass sich die Zusammensetzung von Oberfläche und Atmosphäre verändert.

Blick in Vergangenheit und Zukunft

In gewissem Sinne biete K2-141b einen Blick in die Vergangenheit unserer eigenen Welt, betont Nicolas Cowan von der McGill University, der Nguyen bei seiner Studie beraten hat. Alle Gesteinsplaneten, auch die Erde, haben einmal als Welten mit aufgeschmolzener Oberfläche begonnen und damit in ihren Anfangstagen der Höllenwelt K2-141b geähnelt. Dann kühlten sie aber recht rasch ab, was diesem Planeten aufgrund seines Orbits verwehrt bleibt.

Zur Beschreibung des Planeten konnten die Forscher unter anderem auf Beobachtungsdaten des Spitzer-Teleskops zurückgreifen. Wie gut ihr Atmosphärenmodell die Wirklichkeit auf K2-141b beschreibt, das hoffen sie aber wie so viele andere Astronomen mit einem noch besseren Instrument herauszufinden: nämlich mit dem James-Webb-Weltraumteleskop. Dessen Start wurde schon so oft verschoben, dass die Erwähnung des Teleskops fast schon einem Running Gag gleichkommt. Aber im Oktober 2021 soll es endlich so weit sein. Diesmal wirklich. (jdo, 30. 11. 2020)